formazione sesec modulo 3: aria compressa
DESCRIPTION
Questo è un modulo di formazione sviluppato nel progetto europeo SESEC. Per maggiori informazioni e per accedere agli altri moduli di formazione vedere qui: www.sesec-training.euTRANSCRIPT
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 1 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 2
Sommario
Introduzione Teoria
Approccio (alcune osservazioni) Componenti principali Portata d’aria Usi inappropriati Perdite Parametri che influenzano i consumi
Esercizi Caso Studio Conclusioni
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 3 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 4 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
• L’aria è gratis… ma l’aria compressa no!
• L’aria compressa comporta dei costi che non vengono sempre presi in considerazione
• L’efficienza energetica di molti impianti ad aria compressa è bassa
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 5
Costi dell’energia elettrica
Perdite
Manutenzione
Modifiche impiantistiche
Il costo dell’energia elettrica raggiunge il 73% dei costi
totali durante la vita di un sistema ad aria compressa.
CAUSA DEI COSTI ELEVATI
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 6
Causa dei consumi eccessivi
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 7
L’ottimizzazione dei sistemi ad aria compressa produrrebbe risparmi fino al 35%
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 8 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 9
Approccio (alcune osservazioni)
1. Identificare portata e pressione necessarie alle macchine utilizzatrici
2. Localizzare correttamente ogni macchina operatrice
3. Localizzare correttamente la sala compressioni (o la posizione dei compressori)
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 10
COMPONENTI PRINCIPALI
1. Filtro di aspirazione
2. Compressore (motore +
pannello controllo)
3. Trattamento aria
(separatore dell’olio,
essiccatore, filtro)
4. Serbatoio di stoccaggio
5. Rete di distribuzione Fonte: Improving air system performance DoE - Energy Efficiency and Renewable Energy
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 11
Portata d’aria
- usi inappropriati
- perdite
La portata d’aria ha un impatto diretto sui consumi.
La portata dipende dalle richieste delle macchine utilizzatrici.
Dunque, devono essere evitati:
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 12
Usi inappropriati
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Trasporto a bassa pressione di polveri
Ventilazione
Mescolamento di liquidi
Pulizia
Rimozione di prodotti difettosi dalla linea
Soffiante
Braccio meccanico
Spazzole elettriche
Ventilatori; Soffianti
Agitatori meccanici
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 13
PERDITE
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Se superiori al 5%, sono necessarie azioni correttive!!
Come valutare le perdite?
•Utilizzo di attrezzature specifiche
•Stima dei consumi
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 14
Parametri che influenzano i consumi
• L Lavoro
• M Portata massica di aria
• R Costante universale dei gas
• T1 Temperatura di aspirazione dell’aria (°K)
• β Rapporto fra pressione di compressione finale e iniziale
• m Esponente della trasformazione
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 15
Scelta di un livello appropriato
L’aumento di 1 bar della pression di produzione dell’aria
comporta un aumento del 7% dell’energia consumata
L’aumento di 1 bar della pression di produzione dell’aria
comporta un aumento del 7% dell’energia consumata
Se il processo richiede due livelli di pressione è bene valutare l’istallazione di
due compressori, anziché di uno solo (piuttosto che utilizzare valvole di
laminazione per abbassare la pressione dal valore massimo al valore minimo
di utilizzo)
Parametri che influenzano i consumiPressione massimaPressione massima
La pressione operativa di un compressore influenza direttamente il consumo di
potenza e il consumo di energia.
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 16
• La caduta di pressione comporta aumento dei costi operativi
• L’adozione di piccoli diametri comporta bassi costi d’istallazione, maggiori
perdite e quindi maggiori costi operativi
La caduta di pressione di un impianto di distribuzione di aria compressa non
dovrebbe mai superare 0,1 bar
• La finitura superficiale dei tubi influenza le perdite di carico
Parametri che influenzano i consumiCadute di pressioneCadute di pressione
La caduta di pressione del sistema di distribuzione di aria
compressa non dovrebbe mai superare 0,1 bar
La caduta di pressione del sistema di distribuzione di aria
compressa non dovrebbe mai superare 0,1 bar
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 17
• Il minor consumo di energia si ha nel caso di trasformazione isotermica m=1
• Il consumo più alto si ha nel caso di trasformazione adiabatica m=1,4
Parametri che influenzano i consumiTipi di trasformazioneTipi di trasformazione
Durante la compressione sarebbe bene avere una
trasformazione che si avvicina il più possibile a un isotermica
Durante la compressione sarebbe bene avere una
trasformazione che si avvicina il più possibile a un isotermica
Il calore rimosso può essere valorizzato
• Solo il 10% dell’elettricità consumata di trasforma in energia utile per la
compressione dell’aria
• Il 90% dell’elettricità consumata è convertita in calore che deve essere
rimosso, ma che potrebbe essere riutilizzato (riscaldamento ambienti,
preriscaldamento aria di combustione, …)
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 18
L’energia consumata in un compressore aumenta, all’aumentare della
temperatura dell’aria in ingresso:
• La temperatura dell’aria in ingresso deve essere la più bassa possibile,
compatibilmente con le condizioni ambientali
• L’aria in aspirazione dovrebbe essere prelevata dall’esterno, piuttosto che da
un altro locale
• La presa di aspirazione del compressore dovrebbe essere orientata a nord, in
posizione protetta
Parametri che influenzano i consumiTemperatura in aspirazioneTemperatura in aspirazione
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 19
La qualità dell’aria dipende dalle impurezze contenute:
• Particolato
• Acqua (espressa in temperatura del punto di rugiada relativo alla
pressione di esercizio)
• Olio (misura)
• Materiale con cui è realizzata la rete di distribuzione
Parametri che influenzano i consumiQualità dell’ariaQualità dell’aria
La qualità dell’aria deve essere adattata ai fabbisogni dell’utenza di consumo
La qualità dell’aria ha un costo elevato
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 20
L’acqua di origina dal vapore contenuto nell’atmosfera. La rimozione dell’acqua può essere realizzata con:
- Un impianto frigorifero centralizzato- Delle trappole a vapore locali
La refrigerazione è più efficiente, ma più costosa, dal punto di vista dell’esercizio.Le trappole a vapore hanno basso costo d’istallazione, ma richiedono manutenzione frequente, ma non portano perdite d’aria.
Parametri che influenzano i consumiQualità dell’ariaQualità dell’aria
Il particolato può essere rimosso dai filtri d’ingresso
L’olio può essere rimosso dai filtri o alla sorgente, usando compressori privi d’olio Le due soluzioni potrebbero essere valutate in funzione dei differenti costi L’adozione di compressori oil free comporta un aumento dei costo
d’installazione L’adozione di filtri comporta un aumento dei costi di manutenzione
I filtri devono essere manutenzionati periodicamente
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 21
1. Start – stop (potenza 5-10 kW)
2. Running load - idling - stop (power> 10 kW)
3. Controllo di velocità del motore
I sistemi di regolazione sono influenzati da:
•Sovradimensionamento del compressore
•Controllo di velocità del compressore
•Presenza di serbatoi di accumulo
Parametri che influenzano i consumiSistemi di regolazioneSistemi di regolazione
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 22
• Vanno incontro alla domanda di aria compressa
• Permettono una maggior stabilità del livello di pressione della rete
• Riducono gli «avviamenti-arresti» del motore
• Consentono un sottodimensionamento del compressore rispetto alla richiesta di punta
• Si può valutare l’opzione di installare dei serbatoi ausiliari vicino a utenze isolate e/o ad
alta intermittenza
Dimensionamento del serbatoio di accumulo
• La dimensione del serbatoio dipende dall’ampiezza delle oscillazioni del fabbisogno
d’aria
La dimensione dovrebbe essere almeno 10 volte il volume di aria prodotta dal
compressore (l/s)
• La dimensione del serbatoio è legata alle «dimensioni» del compressore
Parametri che influenzano i consumiSerbatoi di accumuloSerbatoi di accumulo
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 23
• Non sovradimensionare il compressore
• Serbatoio di accumulo
• Controllo nella velocità
• Tipo di compressore
• Motore ad alta efficienza
Parametri che influenzano i consumiCompressore e sistemi di controlloCompressore e sistemi di controllo
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 24
Acquisizione dei dati sul consumo di elettricità
• Posso fare misurazioni speciali? (Costi elevati, maggiore accuratezza)
• Posso i usare i dati disponibili? (Bassi costi, bassa precisione)
Parametri che influenzano i consumiCome maneggiare i sistemi ad aria a compressaCome maneggiare i sistemi ad aria a compressa
Valutare il costo dell’aria compressa
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 25 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 26
RIDUZIONE DELLE PERDITE
Qual è l’effetto di un buco di 10 mm in una rete di aria compressa (a 7 bar di pressione)?
a.Fino a 10 kW di potenza
persa
b.Fino a 40 kW di potenza
persa Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 27
BUCO (mm)
Portata a 7bar (l/s)
Potenza persa (kW)
1 1,2 0,4
3 11,1 4
5 31 10,8
10 124 43
RIDUZIONE DELLE PERDITE
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 28
MOTORI AD ALTA EFFICIENZA
Quanto si può risparmiare sostituendo un motore standard con un motore ad alta efficienza?
a. Fino all’1% dei consumi
b. Fino al 5% dei consumi
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 29
Potenza [kW]
MOTORI AD ALTA EFFICIENZA
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 30
RIDUZIONE DELLE TEMPERATURA DI INGRESSO
DELL’ARIAQuanta energia si può risparmiare mediante abbassamento della temperatura dell’aria in ingresso di 5°C?
a. Fino al 2%
b. Fino al 10%
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 31
La letteratura tecnica riporta che una
riduzione di 5°C della temperatura
dell’aria in ingresso al compressore
(rispetto alla temperatura usuale)
permetterebbe risparmi del 2%
dell’energia consumata in un anno.
RIDUZIONE DELLE TEMPERATURA DI INGRESSO
DELL’ARIA
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 32 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 33
Esempio pratico: Porsche
Descrizione:
Nel 1997, il sistema di produzione di aria compressa dello «Stabilimento 2» della
ditta F. Porsche vicino Stoccarda, era costituito da un compressore a vite,
raffreddato ad acqua (22,2 m3/min) più quattro compressori alternativi raffreddati
ad acqua da 15 m3/min ciascuno.
La massima pressione operativa era 8,7 bar.
Un’analisi del sistema ad aria compressa rilevò che la domanda di aria compressa
variava fra 15 e 65 m3/min. Processando tutti i dati rilevanti è stato definito un
nuovo sistema ad aria compressa con ottimizzazione dei consumi energetici.
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 34
Azioni eseguite:
Il nuovo sistema prevedeva due stadi di compressione e l’adozione di soli
compressori a vite.
Il carico di picco veniva soddisfatto con tre compressori da 5,62 m3/min
ciascuno, mentre la domanda di base era assicurata da quattro compressori da
16,4 m3/min ciascuno.
Tutti e sette i compressori sono gestiti da un sistema centralizzato di controllo.
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 35
Risultati
L’ottimizzazione del sistema ad aria compressa consentì di calcolare i costo
dell’energia e quantificarne i risparmi.
La pressione operativa fu abbassata da 8,5 a 7,5 bar e la potenza specifica di
ogni compressore fu ridotta da 8,19 a 6,19 kW/(m3/min).
I risparmi totali ammontavano a 483.000 kWh/anno.
Inoltre sono stati risparmiati circa 55.000 € per mancato consumo di acqua di
raffreddamento.
L’ottimizzazione del sistema ad aria compressa è stata realizzata con un tempo
di ritorno ragionevole.
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 36 Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni
Co-funded by the Intelligent Energy Europe Programme of
the European Union 37
L’eccesso di energia consumata attraverso i sistemi ad aria
compressa è dovuta a ragioni tecniche e comportamentali.
L’ottimizzazione del sistema ad aria compressa può portare a
risparmi del 35% dell’energia consumata in un anno
La riduzione delle perdite può portare a risparmi del 20%
dell’energia consumata in un anno
L’adozione di motori ad alta efficienza può portare a risparmi
del 5% dell’energia consumata in un anno
La riduzione di 5°C della temperatura dell’aria in ingresso al
compressore potrebbe permettere risparmi del 2% dell’energia
consumata in un anno
Conclusioni
Introduzione - Teoria - Esercizi - Caso Studio - Conclusioni